一種雙目瞳孔對(duì)光反射跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于視覺檢測(cè)領(lǐng)域，具體的涉及一種雙目瞳孔對(duì)光反射跟蹤系統(tǒng)，包括紅 外攝像機(jī)、紅外照明光源、刺激光源、抓握式裝置、測(cè)量顯示裝置、單片機(jī)控制、數(shù)據(jù)處理控 制模塊及瞳孔追蹤測(cè)量系統(tǒng)模塊，適合于臨床眼科、神經(jīng)外科、精神心理科及其相關(guān)領(lǐng)域的 醫(yī)療應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)人眼受到光刺激時(shí)，瞳孔縮小，稱為瞳孔對(duì)光反射。瞳孔的收縮由眼動(dòng)神經(jīng)中的 副交感神經(jīng)支配的瞳孔括約肌完成，瞳孔的擴(kuò)張由交感神經(jīng)支配的瞳孔開大肌完成，兩者 在中樞相互協(xié)調(diào)彼此制約，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的瞳孔對(duì)光反射控制。同側(cè)的反射稱直接光反射， 而對(duì)側(cè)瞳孔縮小稱間接光反射。中樞調(diào)節(jié)損壞將導(dǎo)致光反射減弱或消失。
[0003] 正常瞳孔的直徑為2. 5-4. 5毫米，呈圓形，兩側(cè)瞳孔基本等大，相差一般不超過 〇. 5毫米，光反射靈敏。每個(gè)人的瞳孔大小受年齡、生理狀態(tài)、屈光、外界環(huán)境等因素影響，呈 不同大小。瞳孔直徑如超過6毫米或小于2毫米為不正常；兩側(cè)瞳孔不等大，尤其伴有光發(fā) 射遲鈍或消失時(shí)為病理性。正常人中小孩瞳孔較大，老人較小。睡覺時(shí)瞳孔縮小，醒后又變 大，為生理現(xiàn)象。某些藥物中毒時(shí)可致瞳孔縮小，如有機(jī)磷，巴比妥婁，嗎啡及鴉片的衍生物 等的中毒。某些精神癥狀，如焦慮、驚恐、疼痛等可致瞳孔散大；阿托品、可卡因及肉毒素中 毒等也可致瞳孔散大；眼局部病變時(shí)可影響瞳孔的形狀、大小及光反射，如角膜、虹膜等病 變。因此臨床上根據(jù)上述特性，在臨床眼科、神經(jīng)外科、精神心理科甚至戒毒領(lǐng)域使用瞳孔 對(duì)光反射設(shè)備來篩查相關(guān)疾病。
[0004] 瞳孔對(duì)光反射設(shè)備檢查時(shí)用聚集光，對(duì)準(zhǔn)兩眼中間照射，觀察對(duì)光反射，再將光源 分別移向雙側(cè)瞳孔中央，觀察瞳孔的直接反射和間接對(duì)光反射，瞳孔在光照下，引起孔徑變 小，稱為直接對(duì)光反射。如光照另一眼，非光照眼的瞳孔引起縮小，稱為間接對(duì)光反射。直 接和間接反射都消失，見于深昏迷或同側(cè)動(dòng)眼神經(jīng)受損；直接對(duì)光反射消失，間接對(duì)光反射 存在，見于同側(cè)視神經(jīng)受損；因此雙目對(duì)光反射測(cè)量是必要的。
[0005] 瞳孔對(duì)光反射有潛伏期，即從開始光刺激到瞳孔開始反應(yīng)之間的時(shí)間間隔?；杳?病人表現(xiàn)遲鈍，潛伏期較長，且刺激感光時(shí)間太短的話，瞳孔對(duì)光反射現(xiàn)象不明顯，因此對(duì) 于深度昏迷病人需要延長受光刺激時(shí)間。
[0006] 傳統(tǒng)瞳孔檢測(cè)方式主要有視網(wǎng)膜電圖、視覺誘發(fā)電位和眼電圖等；瞳孔測(cè)試儀主 要為全封閉式檢查箱；便攜式檢查設(shè)備主要有手持式瞳孔筆燈、手電筒等?，F(xiàn)有的檢查設(shè)備 和方法的缺點(diǎn)在于： (1) 測(cè)量內(nèi)容、精度受限：手持式瞳孔筆燈、手電筒等無法對(duì)瞳孔的大小和對(duì)光反射情 況客觀、定量、準(zhǔn)確的測(cè)量，其中包括無法對(duì)光反射潛伏期、瞳孔收縮速度等的測(cè)量； (2) 便攜性差：瞳孔檢測(cè)儀設(shè)備體積較大，比較笨重，且需要放在平整環(huán)境，不適宜在野 外使用； (3 )檢測(cè)對(duì)象受限：現(xiàn)有設(shè)備，刺激光源刺激時(shí)間固定，不能針對(duì)特殊病患檢查病癥，如 重度昏迷病人； (4) 操作不便捷、易受主觀因素干擾：傳統(tǒng)的瞳孔檢測(cè)儀設(shè)備，很多測(cè)試環(huán)節(jié)需要人工 參與，人工操作的差異性及主觀判斷都可能導(dǎo)致測(cè)試不準(zhǔn)確，且要求受試者的配合度很高， 會(huì)給受試者帶來不舒服感； (5) 實(shí)時(shí)性差：現(xiàn)有的瞳孔檢測(cè)設(shè)備的相機(jī)采集幀頻較低，瞳孔測(cè)量軟件實(shí)時(shí)性差，因 此測(cè)量精度受限； (6) 操作效率受限：現(xiàn)有的便攜設(shè)備不支持雙目瞳孔對(duì)光反射檢查，無法篩查間接對(duì)光 反射異常的病人； (7) 測(cè)量結(jié)果不直觀：現(xiàn)有的瞳孔對(duì)光反射設(shè)備提供測(cè)量結(jié)果參數(shù)，無直觀的變化曲 線。
[0007] 針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備的上述缺點(diǎn)，發(fā)明人設(shè)計(jì)出一種雙目瞳孔對(duì)光反射跟蹤系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明研發(fā)了一種雙目瞳孔對(duì)光反射跟蹤系統(tǒng)，包括 紅外攝像機(jī)、紅外照明光源、刺激光源、抓握裝置、顯示裝置、單片機(jī)數(shù)據(jù)處理控制模塊及瞳 孔追蹤測(cè)量模塊。該設(shè)備的刺激光源時(shí)間模式可調(diào)，支持雙目瞳孔測(cè)量，設(shè)備便攜性強(qiáng)，瞳 孔追蹤測(cè)量系統(tǒng)算法精度高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，提高了設(shè)備測(cè)量精度。
[0009]其中，紅外攝像機(jī)、光源及單片機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊集成于抓握式裝置內(nèi)部，顯示模塊 安裝于抓握式裝置外側(cè)；瞳孔追蹤測(cè)量模塊應(yīng)用于單片機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊，由單片機(jī)獲得相 機(jī)圖像輸入，瞳孔追蹤測(cè)量模塊追蹤計(jì)算，單片機(jī)通過無線WIFI或藍(lán)牙輸出至顯示屏或其 它終端；紅外照明光源、刺激光源由抓握式裝置通過單片機(jī)處理控制，即抓握式裝置上的按 鈕，可通過抓握式裝置上的按鈕，選擇不同的光源刺激時(shí)間進(jìn)行測(cè)量； 其中，瞳孔追蹤測(cè)量模塊的軟件通過設(shè)計(jì)分步式區(qū)域自適應(yīng)亞像素跟蹤算法，在提高 瞳孔跟蹤準(zhǔn)確度的同時(shí)，也使跟蹤計(jì)算算法時(shí)間降低到原來的1/20甚至更低，極大的提高 了瞳孔跟蹤過程的時(shí)間分辨能力，能夠更好滿足臨床高精度高速度瞳孔追蹤的現(xiàn)實(shí)需求。 具體方法為針對(duì)人眼圖像的灰度分布和噪聲特點(diǎn)，提出了基于人眼瞳孔灰度特征的自動(dòng)閾 值分割算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)瞳孔中心的粗定位及瞳孔區(qū)域的截取，避免了光斑、眼睫毛、眼瞼等 干擾物的影響。根據(jù)粗定位后的結(jié)果，去除瞳孔內(nèi)照明光源產(chǎn)生的亮點(diǎn)，重新自動(dòng)閾值計(jì) 算，判斷計(jì)算瞳孔質(zhì)心，根據(jù)此質(zhì)心位置快速限定下一幀瞳孔位置和瞳孔區(qū)域，加快檢測(cè)速 度，實(shí)現(xiàn)瞳孔的實(shí)時(shí)定位追蹤。瞳孔追蹤測(cè)量系統(tǒng)之測(cè)量算法實(shí)時(shí)性高，抓取連續(xù)的瞳孔圖 像，米集樣本多，實(shí)現(xiàn)了尚精度的瞳孔追蹤檢測(cè)。
[0010] 另外，根據(jù)不同刺激條件下的采集數(shù)據(jù)分析測(cè)量結(jié)果，設(shè)計(jì)分析方案，根據(jù)測(cè)試實(shí) 驗(yàn)及臨床應(yīng)用試驗(yàn)，分析得到一套瞳孔對(duì)光反射參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)參照體系，并輸出診斷報(bào)告?？?直接顯示在機(jī)體自帶顯示屏上，還可以通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、壓縮技術(shù)通過藍(lán)牙、ZigBee、Wifi等 無線傳輸技術(shù)以及有線連接方式完成便攜式或可穿戴設(shè)備與終端的交互。
[0011] 本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的有益效果是： (1) 抓握式或可穿戴式設(shè)備便攜性強(qiáng)，可應(yīng)用于急救、病房、甚至野外等自然條件較差 的場(chǎng)合； (2) 測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、直觀，能迅速地顯示在顯示屏上； (3) 抓握式手柄可拆卸，設(shè)備主體可作為可穿戴式設(shè)備的核心組件，單獨(dú)固定于操作臺(tái) 或固定于受試者身上； (4) 支持雙目瞳孔測(cè)量，可得到直接和間接瞳孔對(duì)光反射測(cè)量結(jié)果； (5) 設(shè)備靈活度高，支持無線或有線將測(cè)量結(jié)果輸出數(shù)據(jù)終端，滿足測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)要 求； (6) 測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性高，抓握式或穿戴式設(shè)備結(jié)構(gòu)保證設(shè)備與眼睛相位位置穩(wěn)定，保 證了瞳孔圖像質(zhì)量和測(cè)量結(jié)果精度； (7) 測(cè)量設(shè)備的光刺激器刺激光譜、刺激強(qiáng)度、刺激波形和刺激時(shí)間可按需設(shè)置，滿足 臨床多種適應(yīng)癥和特殊環(huán)境的需求； (8) 瞳孔追蹤測(cè)量軟件算法采用分步式區(qū)域自適應(yīng)亞像素跟蹤方法，跟蹤精度高，在同 等計(jì)算性能的情況下，有效提尚瞳孔跟蹤幀率和跟蹤精度； (9) 測(cè)量設(shè)備包括顯示裝置，不但顯示瞳孔圖像，測(cè)量結(jié)果參數(shù)，還提供了直觀的瞳孔 變化曲線，便于操作者觀察分析； (10) 軟件系統(tǒng)通過測(cè)試實(shí)驗(yàn)和臨床應(yīng)用試驗(yàn)，提供一套瞳孔對(duì)光反射參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)參照 體系。
[0012] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。 本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。本發(fā)明多處僅僅對(duì)做出改進(jìn)的部 分進(jìn)行描述，而其他未說明部分可以借助本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，亦即未說明部分通過現(xiàn) 有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在此不進(jìn)行詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0013] 此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中： 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖3是本發(fā)明的瞳孔追蹤測(cè)量模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 附圖標(biāo)記說明： 1 :開關(guān)按鈕；2 :刺激光源旋鈕；3 :瞳孔追蹤按鈕；4 :顯示屏；5 :抓握式裝置；6、7 :受 測(cè)位；8、9 :軟質(zhì)緩沖圈；10 :單片機(jī)；11 :供電電源；12、13 :紅外相機(jī)；14、15 :紅外照明光 源；16、17 :刺激光源。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)施過程做進(jìn)一步說明。
[0018] 實(shí)施例1 : 本實(shí)施例說明本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)架。
[0019]結(jié)合附圖1，其為本發(fā)明的系